Fisiunea nucleelor de uraniu
Divizarea miezului - un atom de despicare greu în două fragmente de greutate aproximativ egale, urmată de eliberarea unei cantități mari de energie.
Descoperirea de start fisiune nucleară a unei noi ere - „epoca atomică“. Potențialul de utilizare a vehiculului și soldul riscului de a beneficia de pe urma utilizării sale, nu numai că a dat naștere la o mulțime de realizări sociologice, politice, economice și științifice, dar, de asemenea, o problemă gravă. Chiar și din punct de vedere pur științific de vedere, procesul de fisiune nucleară a creat un număr mare de puzzle-uri și complicații, precum și o explicație teoretică completă pentru că este un lucru al viitorului.
Partajarea - benefică
energia de legare (per nucleon) diferă în diferite nuclee. Mai grele au o energie de legare mai mică decât cea situată în mijlocul tabelului periodic.
Acest lucru înseamnă că, nuclee grele în care numărul atomic mai mare de 100, în mod avantajos împărțită în două fragmente mai mici, astfel eliberând energia care este transformată în energie cinetică a fragmentelor. Acest proces se numește fisiune nucleară.
În conformitate cu curba de stabilitate, ceea ce arată dependența numărului de protoni din izotop stabil pentru neutron nucleu mai grele prefera un număr mai mare de neutroni (în comparație cu numărul de protoni) decât brichetă. Acest lucru sugerează că, în plus față de procesul de separare va fi emis niște neutroni „de rezervă“. În plus, ei vor lua, de asemenea, peste o parte din energia eliberată. fisiune Studiul atomilor de uraniu au aratat ca aceasta genereaza un neutron 3-4: U → 238 145 90 La + Br + 3n.
Numărul atomic (și masa atomică) a fragmentului nu este egal cu jumătate din masa atomică a părintelui. Diferența dintre masele de atomi formate ca rezultat al scindării este de obicei aproximativ 50. Cu toate acestea, motivul pentru care acest lucru nu este încă în mod clar.
Energiile de legare de 238 U, 145 La Br și 90 sunt 1803, 1198 și 763 MeV, respectiv. Acest lucru înseamnă că energia este eliberată de fisiune uraniu egal 1198 + 158 = 763-1803 MeV rezultat din reacția.
fisiune spontană
procesele de divizare spontane sunt cunoscute în natură, dar acestea sunt foarte rare. Durata de viață medie a acestui proces este de aproximativ 10 de 17, și, de exemplu, durata medie de viață a alfa-dezintegrarea izotopului radioactiv este de aproximativ 10 11.
Motivul pentru aceasta este că, pentru a se separa în două părți, miezul trebuie să fie supuse mai întâi de deformare (intindere) într-o formă elipsoidală, și apoi, înainte de clivajul finală în două fragmente formează un „gât“, în mijloc.
bariera de potențial
În starea deformată în centrul a două forțe. Una dintre ele - energia crescută de suprafață (tensiune superficială de picături de lichid explică forma sferică), iar celălalt - repulsia Coulomb între fragmentele de fisiune. Împreună, ele produc bariera de potential.
Ca și în cazul dezintegrării alfa a produce fisiune spontană de uraniu atomic nuclee, fragmentele trebuie să depășească această barieră prin tunelare cuantice. Bariera este de aproximativ 6 MeV, la fel ca în cazul alfa-degradare, dar probabilitatea de tunelare de a-particule este considerabil mai mare decât mult mai greu atom de divizare a produsului.
degradare forțată
Mult mai probabil este indusă de fisiune de nuclee de uraniu. În acest caz, nucleul părinte este iradiat cu neutroni. Daca un parinte absoarbe, atunci acestea sunt obligate să elibereze energia de legătură sub formă de energie de vibrație, care poate depasi 6 MeV necesare pentru a depăși bariera de potențial.
În cazul în care energia de neutroni suplimentare nu este suficient pentru a depăși bariera de potențial, neutronul incidente trebuie să aibă o energie cinetică minimă pentru a putea induce divizarea atomului. În cazul 238 U energia de legare de neutroni suplimentare lipsesc aproximativ 1 MeV. Acest lucru înseamnă că fisiunea nucleelor de uraniu induse numai neutroni cu o energie cinetică mai mare de 1 MeV. Pe de altă parte, 235 U izotopul are un neutron nepereche. Atunci când un nucleu absoarbe suplimentar, formează cu un cuplu și o energie suplimentar de legare este un rezultat al acestei împerechere. Acest lucru este suficient pentru a elibera cantitatea de energie necesară pentru a depăși bariera potențială a nucleului și diviziunea izotopilor au avut loc într-o coliziune cu orice neutroni.
Beta degradare
În ciuda faptului că reacția de fisiune sunt emise de trei sau patru neutroni, fragmente conțin încă mai mulți neutroni decât isobars lor stabile. Aceasta înseamnă că fragmentele de clivaj sunt în general instabile în ceea ce privește dezintegrarea beta.
De exemplu, atunci când există o diviziune a nucleului de uraniu 238 U, isobars stabile cu A = 145 145 este neodim Nd, ceea ce înseamnă că lantan fragment La 145 de bifurcă în trei etape, de fiecare dată prin radiind de electroni și un neutrino până când un nuclid stabil format. isobars stabile cu A = 90 90 este zirconiu Zr, deci clivaj fragment brom Br 90 bifurcă în cinci etape de lanț β-degradare.
Aceste β-dezintegrare în lanț emit energie suplimentară, care este purtat aproape toate electron și un neutrino.
reacții nucleare: fisiunea uraniului
nuclizi direct de la radiatilor cu un număr prea mare de ele pentru a asigura stabilitatea nucleului este puțin probabilă. Aici ideea este că nu există nici o repulsie Coulomb, deci energia de suprafață tinde să-și păstreze neutronul datorită părintelui. Cu toate acestea, se întâmplă uneori. De exemplu, un fragment de fisiune Br 90 în prima beta-decaderea produce un kripton-90, care poate fi amplasat într-o stare excitată cu energie suficientă pentru a învinge energia de suprafață. În acest caz, radiația cu neutroni se pot produce în mod direct pentru a forma un kripton-89. Acest isobars este încă instabilă în ceea ce privește beta-dezintegrare încă nu a merge în grajd ytriu-89, astfel încât kripton-89 este împărțit în trei etape.
Uraniul fisiune: Reacție în lanț
Neutronii emiși în reacția de scindare poate fi absorbită de către celălalt părinte-nucleu, care este supus apoi fisiune autoindusă. În cazul de uraniu-238 trei neutroni, care apar cu energii mai puțin de 1 MeV (energia eliberată în fisiunea bază de uraniu - 158 MeV - cea mai mare parte transformate în fragmente de clivaj cu energie cinetică), astfel încât acestea nu pot provoca o diviziune în continuare a acestui nuclid. Cu toate acestea, în cazul în care o concentrare semnificativă a izotopului rare U 235 acești neutroni liberi pot fi capturate de nuclee de 235 U, aceasta poate provoca de fapt clivaj, deoarece în acest caz nu există un prag de energie sub care nu este indus diviziunea.
Aceasta este reacția în lanț principiu.
Tipuri de reacții nucleare
Să k - numărul de neutroni produse într-o probă de material fisionabil în etapa n a lanțului, împărțit la numărul de neutroni produși în etapa n - 1. Acest număr va depinde de numărul de neutroni produse în etapa n - 1, sunt absorbite de miez, care pot suferi fisiune induse.
• În cazul în care k <1, то цепная реакция просто выдохнется и процесс остановится очень быстро. Именно это и происходит в природной урановой руде, в которой концентрация 235 U настолько мала, что вероятность поглощения одного из нейтронов этим изотопом крайне ничтожна.
• În cazul în care k> 1, reacția în lanț va continua să crească, atâta timp cât tot materialul fisionabil nu va fi utilizat (bomba atomica). Aceasta se realizează prin îmbogățirea minereului natural pentru a obține o concentrație suficient de mare de uraniu-235. Pentru sferici valoarea eșantionului k crește cu probabilitatea de absorbție a neutronilor, care depinde de raza sferei. De aceea, U greutate trebuie să depășească o anumită masă critică la fisiunea uraniului (reacție în lanț) ar putea avea loc.
• Dacă k = 1, atunci există o reacție controlată. Acesta este utilizat în reactoarele nucleare. Procesul este controlat de distribuție între tije de uraniu de cadmiu sau bor, care absorb cea mai mare parte neutroni (aceste elemente sunt capabile de a captura neutroni). Împărțind miezuri de uraniu este controlată în mod automat prin deplasarea tijei, astfel încât valoarea k rămâne egală cu unu.
